Study of N(1535)S11 nucleon resonance from the precise determination of the eta-nucleon scattering length

• Project Area: Clustering as a window on the hierarchical structure of quantum systems
• Project/Area Number: 21H00114
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 石川 貴嗣 大阪大学, 核物理研究センター, 教授 (40400220)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: メソン・バリオン相互作用 / エータメソン原子核 / 低エネルギー散乱 / カイラル対

Outline of Research at the Start

核子Nのカイラルパートナーの候補とされる核子共鳴N(1535)S11の構造を調べるためには、S11と強くするηNチャンネルの低エネルギー散乱の情報が欠かせない。本研究では、ηメソンと中性子nの散乱の寄与を露わに含む最適な運動学で、重陽子d標的でのηメソン光生成反応の微分断面積を測定し、ηN散乱の散乱長を精密に決定する。これにより自由空間でのS11の構造の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

カイラル対称性はハドロンが現れる物質の階層において重要な役割を果たすと考えられている。裸のクォークの質量が0の極限において、パリティのみが異なるカイラルパートナーは同じ質量である。現実の世界では有限のクォーク質量がクォークと反クォークの凝縮をもたらし、カイラルパートナーに違った質量を与えると説明されている。しかしながら基本粒子である核子のカイラルパートナーですらまだよくわかっていない。核子Nのカイラルパートナーの候補とされる核子共鳴N(1535)S11の構造を明らかにすることを目指す。S11はηNチャンネルに強く結合するため、低エネルギーηN散乱の情報がS11の構造を反映する。本研究では、ηメソンと中性子nの散乱の寄与を露わに含む最適な運動学で、重陽子d標的でのηメソン光生成反応の微分断面積を測定し、ηN散乱の散乱長を評価した [Acta Phy. Polon. B 51, 27 (2020)]。得られた散乱長は想定していたよりも短いと考えられ、ηn閾値近傍で十分なエンハンスが見られなかった。また重陽子標的でのコヒーレントなπ0メソンとηメソンの同時生成反応についても解析を行い、ηメソンと重陽子の散乱長を決定した [Phys. Rev. C105, 045201 (2022)]。決定したηd散乱長についても、ηN散乱長がそれほど大きくないことと矛盾せず、やや小さめの値を示していた。散乱長が想定より短いことから、ηN相互作用が弱いと考えざるを得ない。このことはS11の構造がηメソンと核子の分子的な状態であることを示唆しているかもしれない。核子のカイラルパートナーについて再検討が必要であり、今後π-p→ηn反応など吸収過程となる反応についても調べることで S11 がηNの分子状態であることをまずは確認したい。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] K-d → πΛN reaction for studying charge symmetry breaking in the ΛN interaction (2022)
  • Author(s): Iizawa Yutaro、Jido Daisuke、Ishikawa Takatsugu
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 106 Issue: 4 Pages: 045201-045201
  • DOI: 10.1103/physrevc.106.045201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Differential cross sections and photon beam asymmetries of η photoproduction on the proton at Eγ = 1.3-2.4 GeV (2022)
  • Author(s): T. Hashimoto, M. Niiyama et al.
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW C Volume: 106 Issue: 3
  • DOI: 10.1103/physrevc.106.035201
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Time resolution of a 1.8-m long BC-420 plastic scintillator bar with metal-packaged H11934 photomultiplier tubes (2022)
  • Author(s): Ishikawa Takatsugu et al.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 1039 Pages: 167164-167164
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167164
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SPring-8 LEPS2 beamline: A facility to produce a multi-GeV photon beam via laser Compton scattering (2022)
  • Author(s): N. Muramatsu et al.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods A Volume: - Pages: 166677-166677
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.166677
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coherent photoproduction of the neutral-pion and η-meson on the deuteron at incident energies below 1.15 GeV (2022)
  • Author(s): T. Ishikawa, A. Fix et al.
  • Journal Title: Physical Review C Volume: 105 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevc.105.045201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coherent Neutral-pion and Eta-meson Photoproduction on the Deuteron (2022)
  • Author(s): Takatsugu Ishikawa et al.
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings, Proceedings of the 24th International Spin Symposium (SPIN2021) Volume: 37 Pages: 1-5
  • DOI: 10.7566/jpscp.37.021003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coherent neutral pion and eta meson photoproduction on the deuteron (2022)
  • Author(s): Takatsugu Ishikawa et al.
  • Journal Title: Suplemento de la Revista Mexicana de F?sica Volume: 3 Issue: 3 Pages: 1-5
  • DOI: 10.31349/suplrevmexfis.3.0308027
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ηd interaction studied in γd→π0 ηd (2022)
  • Author(s): Takatsugu Ishikawa
  • Organizer: EMMI Workshop on Meson and Hyperon Interactions with Nuclei, Kitzbuehel, Austria, September 14~16, 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Interaction between the eta meson and nucleus studied in coherent neutral-pion and eta-meson photoproduction on the deuteron (2022)
  • Author(s): Takatsugu Ishikawa
  • Organizer: APCTP Workshop on Nuclear Physics 2022: Physics of Excited Hadrons in the Present and Future Facilities, Seogwipo, Jeju, Korea, July 11~16, 2022
  • Int'l Joint Research / Invited